DE4396523C2

DE4396523C2 - Halbleiter-Drucksensor

Info

Publication number: DE4396523C2
Application number: DE4396523A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Yamashita
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2013-12-07
Also published as: DE4396523T1; US5565629A; WO1994014042A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiter-Druck sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger herkömmlicher Halbleiter-Drucksensor ist aus der gattungsbildenden US 4,303,903 bekannt, in der be reits ein Gehäuse, in dessen Innerem eine Druckerfassungs kammer vorgesehen ist, eine aus einer dünnen Metallplatte bestehende Druckaufnahmemembran und ein Druckerfassungsele ment beschrieben ist, bei der die Druckaufnahmemembran der art geformt ist, daß sie in ihrem Randbereich eine Vielzahl von unmittelbar aneinander angrenzenden konkaven und konve xen Bereichen bzw. Rillen aufweist.

Ferner ist aus der US 5,695,755 ein Drucksensor be kannt, bei dem die Druckkammer durch eine Membran abge schlossen ist, wobei die Membran eine einzige umlaufende Rille aufweist.

Darüber hinaus ist aus der US 4,768,382 bekannt, eine fluiddichte Abdeckung einer Kammer durch Einsatz einer Mem bran zu erreichen, die in ihrem Randbereich eine konkave und eine konvexe Rille aufweist. Die konkaven und konvexen Abschnitte gehen auch hierbei direkt ineinander über.

Aus der EP 0 383 974 A1 ist ein plattenförmiges Sensor element sowie ein damit versehener Druck-, Kraft- oder Be schleunigungsaufnehmer beschrieben. Das plattenförmige Ele ment wird durch eine Membran betätigt, die dem Meßparameter ausgesetzt wird. Die Membran ist allerdings nicht als Platte im wesentlichen gleichförmiger Dicke ausgebildet, sondern besitzt stufige Gestaltung mit unterschiedlicher Dicke. Hierbei können in der Membran Ausnehmungen ausgebil det sein, die jedoch lediglich in die Membran einseitig eingearbeitet sind, so daß sich eine partielle Dickenver ringerung ergibt.

Schließlich ist aus der japanischen Patentveröffentli chung Nr. 4-204130 eine Membran bekannt, die an einem in der Nähe ihres festen Ende liegenden Orts zwei Rillen auf weist, die aus aufeinanderfolgenden konvexen und konkaven Abschnitten besteht, wobei die zwei Rillen zum Absorbieren der Änderung des Innendrucks dienen. Die bei den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Drucksensoren ausgebildete Auf einanderfolge von konvexen und konkaven Abschnitten ist je doch insbesondere nachteilig, als folgende Probleme auftre ten.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ruft eine thermische Aus dehnung des Silikonöls aufgrund einer Erhöhung seiner Tem peratur eine Änderung des Innendrucks hervor, wodurch eine Verformung in der Membran 100 hervorgerufen wird. In diesem Fall wird die Krümmung des konvexen Abschnitts 101 als Gan zes vergrößert, während sich die Krümmung des konkaven Ab schnitts 102 an dem an den konvexen Abschnitt 101 angren zenden Halbbereich, verringert, d. h. an dem in der Zeich nung links dargestellten Halbbereich. Das heißt, aufgrund eines direkten Einflusses der Vergrößerung in der Krümmung des konvexen Abschnitts 101 auf den linken Halbbereich des konkaven Abschnitts 102 wird dieser linke Halbbereich des konkaven Abschnitts 102 so beaufschlagt, daß sich seine Krümmung verringert. Aufgrund einer solchen Verringerung in der Krümmung des linken Halbbereichs des konkaven Ab schnitts 102 kann ein ausreichend großer Betrag der Ver schiebung bzw. des Hubs der Membran nicht erzielt werden. Das heißt, eine durch die Temperaturänderung hervorgerufene Änderung im Innendruck kann nicht absorbiert werden, was zu dem Problem führt, daß die gewünschte Linearität der Tempe raturcharakteristik nicht erzielt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiter-Drucksensor gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 derart weiterzubilden, daß die Erzeugung eines auf eine Temperaturänderung zurückzuführenden Ausgangs signals verhindert ist, um dadurch die Linearität des Aus gangssignals bezüglich einer Änderung der Temperatur zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kenn zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkma len gelöst.

Wenn sich somit die Temperatur des Fluids und des Drucksensors ändert, dehnt sich die Flüssigkeit in der druckerfassenden Kammer aus oder zieht sich zusammen. Wenn die sich ergebende Änderung des Drucks in der Kammer auf tritt (ein positiver oder ein negativer Druck), erlaubt es eine in der Membran vorgesehene, ein Paar von konvexen und konkaven Abschnitten enthaltende, Rille der Membran, sich sowohl an ihrer äußeren als auch an ihrer inneren Seite in ähnlicher Weise zu biegen, was dazu führt, daß die Membran einer ausgeglichenen Verformung ausgesetzt wird. Wenn sich die Flüssigkeit in der druckerfassenden Kammer ausdehnt oder zusammenzieht, erzeugt der sich ergebende Innendruck eine Kraft, die an dem festen Ende konzentriert ist. Da auf der Membran eine Rille mit nur einem Paar von konvexen und konkaven Abschnitten in der Nähe ihres festgehaltenen Ran des vorhanden ist, ermöglicht die zum Beispiel durch einen Anstieg der Temperatur hervorgerufene Ausdehnung des Fluids in der druckerfassenden Kammer erst der Membran, sich aus zudehnen und sich nach außen über ihre im wesentlichen ganze Fläche zu verformen, wodurch es dem Volumen der druck erfassenden Kammer ermöglicht wird, sich ausreichend zu vergrößern. Als Ergebnis wird die durch die Änderung der Temperatur hervorgerufene Änderung im Innendruck minimiert, wodurch das Auftreten eines thermischen Ausgangssignals (thermischer Ausgabewert) minimiert wird.

In den Unteransprüchen 2 bis 4 sind vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeich nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Druck sensors, der die Realisierung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Membran;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie III-III in Fig. 2 genommen ist;

Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittansicht eines ge rillten Abschnitts 2c;

Fig. 5 einen Graph, der den nichtlinearen Zusammenhang der Temperaturcharakteristik bezogen auf ein Verhältnis (1L/R) einer Entfernung 1L zwischen einem konvexen und ei nem konkaven Abschnitt der Membran und deren Radius R ver anschaulicht;

Fig. 6 einen Graph, der die Nichtlinearität der Tempe raturcharakteristik- bezogen auf den Radius R veranschau licht;

Fig. 7 einen Graph, der die Nichtlinearität der Tempe raturcharakteristik bezogen auf ein Verhältnis (3L/R) zwi schen dem flachen Abschnitt 3L und dem Radius R veranschau licht;

Fig. 8 einen Graph, der die Nichtlinearität der Tempe raturcharakteristik bezogen auf ein Verhältnis (2L/R) zwi schen einer Entfernung 2L vom festen Ende zum konvexen Ab schnitt der Membran und deren Radius R veranschaulicht;

Fig. 9 schematisch die Funktionsweise eines herkömmli chen Drucksensors; und

Fig. 10 schematisch die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittansicht eines Halblei ter-Drucksensors, der einen Sensorkörper aufweist, der ein aus einem bestimmten Material, wie zum Beispiel S15C, gefertig tes Gehäuse 8 aufweist. Das Gehäuse 8 weist einen äußeren Umfang auf, der ein Schraubgewinde für seine Montage bil det. Das Gehäuse 8 weist in seinem oberen Abschnitt eine Vertiefung auf, die eine Druckerfassungskammer 3 bildet, welche eine obere Öffnung aufweist, die mittels einer Druckaufnahmemembran 2 dicht verschlossen ist.

Die Membran 2 ist aus einer aus einem bestimmten Mate rial, wie zum Beispiel SUS316L, hergestellten dünnen Me tallplatte geformt und weist einen zwischen einem ringför migen Teil 10 und dem oberen Abschnitt des Gehäuses 8 sand wich- bzw. schichtartig angeordneten äußeren Abschnitt auf. Die Membran wird an ihrem äußeren Umfang durch Schweißen befestigt. Desweiteren weist die Druckaufnahmemembran 2, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, an ihrem äußeren Umfangsabschnitt eine Rille 2c auf, die kreis förmig verläuft und aus einem konvexen Abschnitt 2a (der hergestellt wird, indem man die Membran nach oben auf ihrer Oberseite hervorstehen läßt, während man sie nach oben an ihrer Unterseite zurück springen läßt) und einem konkaven Abschnitt 2b (der herge stellt wird, indem man die Druckaufnahmemembran 2 nach unten auf ihrer Un terseite hervorstehen läßt, während man sie nach unten an ihrer Oberseite zurückspringen läßt). Ein flacher Abschnitt 2d ist zwischen dem konvexen Abschnitt 2a und dem konkaven Abschnitt 2b angeordnet. Weitere Einzelheiten dieser konvexen und konkaven Abschnitte 2a bzw. 2b und des flachen Abschnitts 2d in der Rille 2c werden später näher erläutert.

Desweiteren bildet die druckerfassende Kammer 3 an ih rem zentralen Abschnitt eine Vertiefung bzw. Ausnehmung, in welcher ein Druckerfassungselement 4 plaziert ist, das mittels eines aus einem Glasmaterial bestehenden Sockels bzw. Basisteils 14 befestigt ist. Das Druckerfassungselement 4 ist aus Piezowider standselementen gefertigt, welche in einer Brückenschaltung verbunden sind, so daß in Abhängigkeit vom Druck an der druckerfassenden Oberfläche des Elements ein elektrisches Signal erzeugt wird.

Das Gehäuse 8 bildet in seinem Bodenabschnitt eine Ver tiefung 13, die über eine Vielzahl von längsangeordneten Löchern, durch welche elektrisch leitende Anschlußstifte 9 eingeführt sind, in Verbindung mit der Druckerfassungskammer 3 steht. Die Anschlußstifte 9 sind entlang ihres äu ßeren Umfangs mittels eines Glasmaterials abgedichtet. Be zugszeichen 5 bezeichnet ein flüssigkeitsgefülltes Längsloch. Das heißt, eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel ein Silikonöl, ist durch das unter Verwendung einer Stahlkugel 6 sowie eines Schraubteils 7 dicht ver schlossene Längsloch 5 in die druckerfassende Kammer 3 ein gefüllt. In die Druckerfassungskammer 3 kann eine aus ei nem bestimmten Material, wie zum Beispiel Keramik oder phosporisierte Bronze, hergestellte Platte eingeführt wer den, welche dazu dient, die Menge der einzufüllenden Flüs sigkeit zu verringern. Das Druckerfassungselement 4 ist an seinen Anschlüssen über Drähte 15 durch Drahtbonden mit den (spitzen) Enden der elektrisch leitenden Anschlußstifte 9 verbunden. In der Vertiefung im unteren Abschnitt des Ge häuses 8 ist eine Schaltungsplatte 11, die eine Schaltung, wie zum Beispiel einen Verstärker, beinhaltet, unterge bracht. Die Schaltungsplatte 11 hat festgelegte Löcher, in welche jeweils entsprechende Anschlußstifte 9 eingeführt und verlötet sind. Mit der Schaltungsplatte 11 ist ein Lei tungsdrahtelement 12 verbunden, das sich nach unten er streckt. Die Schaltungsplatte 11 selbst ist mittels eines verfestigten Silikongels 17 in der Vertiefung 13 geschützt.

Die Vertiefung 13 ist an ihrem unteren Ende bzw. Boden unter Benutzung einer aus einem metallischen Material her gestellten Abdeckung verschlossen. Das Leitungsdrahtele ment 12 hat ein unteres Ende, das durch einen an der Ab deckung befestigten Durchgangskondensator 19 geführt ist, daran verlötet ist und nach unten hervorsteht.

Ein aus einem bestimmten Material, wie zum Beispiel Messing, hergestellter Anschlußstift 16 ist an das (spitze) Ende des Leitungsdrahtelements 12 angelötet. Ein aus einem bestimmten Material, wie zum Beispiel Fluorgummi, herge stelltes Stifthalteteil 21 ist in einer solchen Weise mit dem Anschlußstift 16 vergossen, daß der Anschlußstift 16 teilweise vom Stifthalteteil 21 gehalten wird. Das Stift halteteil 21 weist einen spitzen Endabschnitt auf, welcher in einem Loch, das in der Abdeckung 18 im wesentlichen in deren Mittenabschnitt ausgebildet ist, eingepaßt und befe stigt ist.

Ein Anschlußteil 20 ist so angeordnet, daß es die Ab deckung 18 und den Anschlußstift 16 umgibt, und ist mit dem Gehäuse 8 an seinem unteren Ende durch Umfalzen bzw. Crim pen verbunden. Das Anschlußteil 20 wird durch Vergießen in eine vorgegebene Form aus einem bestimmten Material, wie zum Beispiel Polybuthylen-Terephtalat-Harz, so geformt, daß das Ende des Anschlußstifts 16 außen an einem zum Einstecken bzw. Anschließen vorgesehenen Ort des Anschlußteils 20 freiliegt.

Wie aus den Fig. 2 bis 4 hervorgeht, besteht die Rille 2c aus einem konvexen Abschnitt 2a, einem konkaven Ab schnitt 2b und einem flachen Abschnitt 2d, wodurch die po sitiven und negativen Drücke in der druckerfassenden Kammer 3 ausgeglichen werden, wenn eine große Temperaturänderung auftritt.

Um bei diesem Ausführungsbeispiel die Nichtlinearität in der Temperaturcharakteristik des Drucksensors zu verrin gern, wird das Verhältnis (1L/R) zwischen einer Entfernung 1L zwischen den konvexen und konkaven Abschnitten 2a bzw. 2b und einem Radius R einer auf der Methode der finiten Elemente basierenden Simulationsanalyse unterzogen. Fig. 5 zeigt das Ergebnis als einen Graph einer Nichtlinearität (%) in der Temperaturcharakteristik des Ausgabewertes des Drucksensors bezogen auf das Verhältnis (1L/R). In diesem eine Änderung im Ausgabewert des Druckerfassungselements 4 in Abhängigkeit einer Änderung in der Temperatur zeigenden Graphen bedeutet die Nichtlinearität in der Temperatur ein Verhältnis (%) einer Breite eines gekrümmten Abschnitts des Graphen zum maximalen Ausgabewert bzw. Ausgangssignal.

Um einen Wert der Nichtlinearität der Temperaturcha rakteristik im Bereich zwischen ungefähr 0.1% bis ungefähr -0.1% zu erzielen, muß der Wert von (1L/R) aus dem Graphen in Fig. 5 in einem Bereich zwischen ungefähr 0.16 bis unge fähr 0.24 eingestellt werden. Solch eine Einstellung des Verhältnisses (1L/R) innerhalb des obigen Bereichs, ermög licht es, die Nichtlinearität der Temperaturcharakteristik im Ausgangssignal wirkungsvoll zu verringern.

Um das lediglich durch den durch eine Temperaturerhöhung hervorgerufenen Expansionsdruck der Flüssigkeit erzeugte thermische Ausgangssignal (durch einen thermischen Effekt hervorgerufener Ausgabewert) des Druckerfassungselement 4 zu verringern, wird das Ver hältnis zwischen einer Entfernung 2L vom konvexen Abschnitt 2a zum festen Ende der Druckaufnahmemembran 2 und deren Radius R einer auf der Methode der finiten Elemente basierenden Simulationsanalyse derart unterzogen, daß ein bestimmter Bereich, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, eingestellt wird.

Das heißt, wenn sich eine Spannung in der Druckaufnahmemembran 2, welche auftritt, wenn der Innendruck sich ändert, an einem Ort nahe dem festen Ende der Druckaufnahmemembran 2 konzentriert, ist es wünschenswert, daß ein Verhältnis (2L/R) zwischen der Entfernung 2L vom konvexen Abschnitt 2a zum festen Ende der Druckaufnahmemembran 2 und dem Radius R einen derartigen Wert aufweist, daß dann, wenn sich die Flüssigkeit in der Druckerfassungskammer 3 aufgrund eines Anstiegs in der Umgebungstemperatur ausdehnt, da der Druckaufnahmemembran 2 eine Ausdehnung nach außen ermöglicht wird, eine derartige Ausdehnung der Flüssigkeit absorbiert bzw. kompensiert wird, wodurch der Innendruck so gering wie möglich gehalten wird. Um zu erreichen, das das Volumen der Druckerfassungskammer 3 vollständig erhöht ist, wenn die Druckaufnahmemembran 2 ausgedehnt ist, ist es erforderlich, daß der Wert des Verhältnisses (2L/R) gleich groß wie oder kleiner als 0,16 ist, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Als Ergebnis sollte die Rille in der Druckaufnahmemembran 2 an einem Ort nahe ihres festen Endes plaziert sein, wodurch die Erhöhung des Ausgabewertes des Druckerfassungselements 4 verringert wird, wenn sich der Innendruck aufgrund eines Anstiegs der Umgebungstemperatur erhöht.

Fig. 6 ist ein Graph, der die Nichtlinerität (%) der Temperaturcharakteristik des Ausgabewertes des Sensors be zogen auf den Radius R zeigt, wenn der Radius verändert wird. In diesem Fall beträgt die Dicke T der Druckaufnahmemembran 2 0.0038*R, die Höhe der konvexen und konkaven Abschnitte 2a bzw. 2b 0.01*R, die Entfernung 1L zwischen dem konvexen und konkaven Abschnitt 2a bzw. 2b 0.19*R, die Entfernung 2L zwischen dem konvexen Abschnitt 2a und dem festen Ende der Druckaufnahmemembran 2 0.13*R und der Radius des bogenförmigen Bereichs der jeweiligen Ecken der konvexen und konkaven Abschnitte 2a bzw. 2b 0.06*R.

Wie im Graph der Fig. 6 für alle erhaltenen veränderten Radien R der Druckaufnahmemembran 2 gezeigt ist, liegt die Nichtlineari tät in der Temperaturcharakteristik innerhalb eines Be reichs zwischen ungefähr 0.1% und ungefähr -0.2%. Diese Ma ße ermöglichen es, eine solche Verringerung des Radius R zu erreichen, daß die Nichtlinearität in der Temperaturcharak teristik innerhalb eines geforderten Minimumwertes liegt, wodurch die Größe des Drucksensors entsprechend verringert werden kann.

Desweiteren ist der flache Abschnitt 2d zwischen den konvexen und konkaven Abschnitten 2a bzw. 2b angeordnet. Bei der Verformung der Druckaufnahmemembran 2 ermöglicht daher eine starke Krümmung der konvexen und konkaven Abschnitte 2a bzw. 2b eine ausreichend große Verschiebung der Druckaufnahmemembran 2, wodurch die durch die Temperaturänderung erzeugte Änderung des Innendrucks absorbiert wird.

Fig. 7 ist ein Graph, der eine Nichtlinearität (%) in der Temperaturcharakteristik im Sensorausgangssignalwert veranschaulicht, wenn die Entfernung vom konvexen Abschnitt 2a zum festen Ende der Druckaufnahmemembran 2 auf 0,13_* R eingestellt ist und das Verhältnis (3L/R) der Breite 3L des flachen Abschnitts 2d zum Radius R der Druckaufnahmemembran 2 verändert wird. Wie man aus diesem Graph erkennt, sollte das Verhält nis (3L/R) in einem Bereich zwischen 0.05 und 0.13 gehalten werden, um eine Nichtlinearität von im wesentlichen 0% zu erhalten. Der Grund hierfür wird nunmehr erklärt. Wenn das Verhältnis (3L/R) zu klein ist, kann eine Veränderung, die die Krümmung des konvexen Abschnitts 2a während der Verformung der Druckaufnahmememembran 2 groß macht, verhindern, daß die Krümmung des konkaven Abschnitts 2b groß wird, wodurch der Betrag der Verformung der Druckaufnahmemembran 2 klein wird. Wenn das Verhältnis (3L/R) im Gegensatz dazu zu groß ist, ist der konkave Abschnitt 2b relativ im Zentrum der Druckaufnahmemembran 2 angeordnet, was bewirkt, daß die auf den konvexen Abschnitt 2b ausgeübte Kraft so klein wird, daß die Änderung im Innendruck nicht ausreichend absorbiert werden kann.

Wenn die Membran, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist, ei ner Verformung ausgesetzt ist, wird sowohl ein Winkel α zwischen dem konvexen und dem flachen Abschnitt 110 bzw. 111 als auch ein Winkel β zwischen dem konkaven und dem flachen Abschnitt 112 bzw. 111 auf einen Winkel α′ bzw. β′ vergrößert. Dies bedeutet, daß sich unabhängig von einer auf eine Änderung des Innendrucks zurückzuführenden Verfor mung der Membran sowohl die Krümmung des konvexen Ab schnitts 110 als auch die Krümmung des konkaven Abschnitts 112 vergrößert. Als Ergebnis wird eine ausreichend große Verschiebung bzw. ein genügend großer Hub der Membran er zielt, der die durch die Temperaturänderung hervorgerufene Änderung des Innendrucks absorbieren bzw. kompensieren kann.

Somit wird erfindungsgemäß insoweit ein bemerkenswerter Vorteil erhalten, als die Erzeugung eines Ausgangssignals durch einen thermischen Effekt verhindert wird, wodurch die Nichtlinearität des Ausgangssignals in Abhängigkeit von ei ner Änderung der Temperatur verringert wird.

Der so konstruierte Halbleiter-Drucksensor ist an einer Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel an einem Druckaus gleichsbehälter, unter Benutzung des am, Umfang des Gehäuses 8 vorgesehenen Schraubengewindeteils so montiert, daß die die Erfassungsoberfläche bildende Membran 2 in den Druck ausgleichsbehälter hineinragt, wodurch es ermöglicht wird, den Druck im Druckausgleichsbehälter zu erfassen.

Wenn ein Druck des zu erfassenden Fluids anliegt, wird die Druckaufnahmemembran 2 einer Verformung ausgesetzt, so daß das Druckerfassungselement 4 dem Druck über die Flüssigkeit in der Druckerfassungskammmer 3 ausgesetzt ist. In diesem Fall ändert sich die Ausgangsspannung über der Brückenschaltung des Druckerfassungselements 4 in Abhängigkeit vom Druck, wodurch ein Ausgangssignal mit einem veränderten Spannungswert geliefert wird. Als Ergebnis wird ein Signal, welches den Wert des Druckes anzeigt, über die Verstärker schaltung auf der Schaltungsplatte 11 ausgegeben.

Die Temperatur an einem Ort einer Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel beim Druckausgleichsbehälter, verändert sich weitgehend in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Jedoch ermöglicht das Vorsehen einer Rille, die aus einem Paar konvexer und konkaver Abschnitte aufgebaut ist, daß die Druckaufnahmemembran 2 gleichmäßig an ihrer Innen- und Außenseite gekrümmt wird, wenn sich der Druck in der Druckerfassungskammer 3 zu einem positiven oder negativen Wert hin ändert, wodurch eine ausgeglichene Verformung der Druckaufnahmemembran 2 erzielt wird.

Desweiteren, wie vorstehend ausgeführt wurde, ist der Wert des Verhältnisses (2L/R) kleiner einzustellen als 0.16 und der Wert des Verhältnisses (3L/R) ist als ein in einem Bereich zwischen 0,05 und 0,13 liegender Wert einzustellen. Wenn sich die Flüssigkeit in der Druckerfassungskammer 3 aufgrund eines Anstiegs in der Temperatur ausdehnt, wird daher ein Großteil der Druckaufnahmemembran 2 so verformt, daß sie sich nach außen ausdehnt, so daß das Volumen der Druckerfassungskammer 3 ausreichend erhöht wird. Als Ergebnis wird die Änderung im Innendruck aufgrund der Temperaturdifferenz mi nimiert, wodurch die Erzeugung des thermischen Ausgangssi gnals (thermischer Ausgabewert) am Drucksensor minimiert werden kann.

Desweiteren ermöglicht es die Einstellung des gewünsch ten Bereichs des Verhältnisses (1L/R) zwischen ungefähr 0.16 und ungefähr 0.24 die Nichtlinearität der Temperatur charakteristik des erfaßten Ausgabewertes in einem Bereich zwischen ungefähr 0.1% und ungefähr -0.1% zu halten, wo durch es ermöglicht wird, die erfaßten Daten in Abhängig keit von der Temperatur unter Benutzung einer Temperatur kompensationsschaltung auf einfache Weise zu kompensieren.

Außerdem kann die vorliegende Erfindung zusätzlich zu den obigen Ausführungsbeispielen in einem Drucksensor mit Relativdruck-Erfassung eingesetzt werden, wenn eine Refe renzdruckkammer vorgesehen wird, die geöffnet ist und an der Rückseite des Druckerfassungselements 4 ausgebildet ist. Ferner ist die Erfindung bei einem Differenzdrucksensor verwendbar, bei dem an den Seiten der Druckerfassungskammer 3 Druckaufnahmemembran vorgesehen sind.

Die vorliegende Erfindung kann bei einem flüssigkeit seinschließenden Drucksensor verwendet werden, bei dem ein druckerfassendes Halbleiterelement, wie zum Beispiel ein piezoresistives Element in einer von einer Metallmembran abgedichteten Flüssigkeit, wie zum Beispiel Silikonöl, ein geschlossen ist; die Erfindung ist wirksam, wenn sie für einen Sensor zum Messen eines Turbodrucks in einer Brenn kraftmaschine, wo das Medium, das gemessen werden soll eine verhältnismäßig hohe Temperatur aufweist, verwendet wird.

Claims

1. Halbleiter-Drucksensor, mit
einem Gehäuse (8), in dessen Innerem eine Druckerfass ungskammer (3) vorgesehen ist;
einer Druckaufnahmemembran (2), die aus einer dünnen Metallplatte geformt ist, an eine in der Druckerfassungs kammer (3) eingeschlossene Flüssigkeit angrenzt und an einem an ihrem festgehaltenen Rand benachbarten Bereich Rillen aufweist, und
einem Druckerfassungselement (4), das dem Druck der Flüssigkeit in der Druckerfassungskammer (3) ausgesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckaufnahmemembran (2) in dem ihrem Rand unmit telbar benachbarten Bereich lediglich eine Rille mit einem konvexen Abschnitt (2a) und eine Rille mit einem konkaven Abschnitt (2b) aufweist und daß zwischen dem konvexen und dem konkaven Abschnitt ein flacher Abschnitt (2d) mit vorbe stimmter Breite angeordnet ist.

2. Halbleiter-Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Verhältnis (3L/R) zwischen der Breite (3L) des flachen Abschnitts (2d) und dem Radius (R) der Druckauf nahmemembran (2) in einem sich von 0.05 bis 0.13 erstrecken den Bereich liegt.

3. Halbleiter-Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis (2L/R) zwischen einer Entfernung (2L) vom festen Ende des festgehaltenen Randes zu der an dem festgehaltenen Rand angrenzenden Rille (2a) und dem Radius (R) der Membran (2) in einem Bereich liegt, der gleich groß wie oder kleiner als 0.16 ist.

4. Halbleiter-Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Druckerfassungskam mer (3) eingeschlossene Flüssigkeit ein Silikonöl ist.